[发明专利]一种基于蒙特卡罗算法的5G基站备用电池容量计算方法

说明书

本发明为一种基于蒙特卡罗算法的5G基站备用电池容量计算方法。本发明采用蒙特卡罗算法，通过伯努利实验构建手机用户带宽需求的概率模型，计算5G基站有带宽需求的用户数量。借助计算机产生0～1之间的随机数来模拟用户，以随机数是否小于用户有带宽需求概率来模拟用户带宽需求情况，用户是否有带宽需求是一个伯努利实验。利用手机用户有带宽需求的概率与停电时间的函数关系，可以得到5G基站有带宽需求的用户数量随停电时间的变化关系，从而获得基站耗电量与停电时间的关系。根据基站备用电池必须支撑停电时长的要求及备用电池的额定电压，即可求出基站的备用电池容量。

技术领域

本发明属于5G基站备用电池容量计算的研究领域，具体为结合手机用户有带宽需求的概率和停电时间的关系，采用蒙特卡罗算法，求出基站有带宽需求的用户数量最大值与停电时间关系，获得基站最大功耗与停电时间的函数关系，计算基站备用电池容量。

背景技术

随着数字经济时代全面开启，以5G为代表的新一代信息通信技术已经成为助力经济社会高质量发展的重要引擎。尤其是近年来，社会加速迈向数字化、网络化、智能化，作为新基建“领头羊”的5G，在助推各行各业数字化转型中发挥了强大赋能作用。但5G技术的发展也面临着诸多挑战，首当其冲的便是能耗问题。从4G网络发展到5G网络，通信设备的能耗、功率密度和数量都有了大幅增长。对比4G基站，5G基站的功耗约为4G的3～4倍。同时，5G技术采用的高频信号衰减严重，要覆盖相同范围需要的5G基站数量较4G成倍增加，目前5G基站的数量已达600万座，未来数量可达3000万座。基站耗电量大，数量多，对电网造成了巨大供电压力，从而影响了基站供电可靠性。

未来，5G技术将与工业应用，无人驾驶，医学等领域紧密联系，对基站供电可靠性的要求将会更高。为了保证基站供电的可靠性，需要给基站配备用电池，在保证基站正常供电的前提下，选择合适的备用电池容量成为一个难题。目前5G基站备用电池容量按照一次下电侧和二次下电侧通信设备工作实际功率及所需的备用时长来进行计算。采用此方法计算出的备用电池容量偏大，备用电池不能得到充分的利用，同时也增加了投资成本。本研究考虑了用户有带宽需求的概率和停电时间的关系，采用蒙特卡罗算法，构建概率模型，求出有带宽需求的用户数量最大值与停电时间关系，结合负载率和功耗的关系，获得停电后基站最大功耗与停电时间关系，计算基站备用蓄电池容量。

发明内容

本发明针对5G基站备用蓄电池容量计算问题，提出一种基于蒙特卡罗算法的蓄电池容量计算方法。在保证5G基站正常供电情况下，使蓄电池得到更加充分的利用，增加蓄电池的使用寿命，降低蓄电池的投资成本。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:

步骤1，正常供电时(使用交流电)，根据基站存储的历史数据可以求出基站每天有带宽需求用户数量的平均值。由于基站总带宽固定，为保证用户具有良好的通信服务质量，5G基站连接的用户数量将会存在上限值P_max。基站每天接入有带宽需求用户数量的平均值除以连接的上限值P_max即为用户有带宽需求概率p。

步骤2，基站与区域用户共同停电时，蓄电池给基站供电。随着停电时间的延长，用户有带宽需求的概率会发生一定的变化。二者的函数关系目前还未纳入5G运营的研究范畴，可以通过安装相关装置测量数据，获得二者的函数关系。也可根据停电时5G基站的存储数据，拟合5G基站有带宽需求用户数量与停电时间的关系曲线，得出二者函数关系。但5G网络还未完全普及，与此相关数据甚少，采用此方法得到的二者关系并不一定可靠。这里先假设停电时用户有带宽需求的概率为p′。

p′＝f(p,t)                          (公式1)

步骤3，已知曲线f(p,t)和5G基站接入用户上限为P_max，停电t秒后，用户有带宽需求的概率为p′，采用蒙特卡洛方法估算在p′下，基站有带宽需求的用户数量最大值Pn，Pn∈[0,P_max]。具体表现为：